在“水電站欄目”的“水力發(fā)電原理”一節(jié)中曾介紹中國傳統(tǒng)應(yīng)用的水輪機(jī)——水車，在本欄目介紹目前真正用于發(fā)電的水輪機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)。水輪機(jī)是把水流的能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，是利用水流做功的水力機(jī)械，根據(jù)轉(zhuǎn)換水流能量方式的不同，水輪機(jī)分為沖擊式水輪機(jī)和反擊式水輪機(jī)兩大類。 水輪機(jī)受水流作用而旋轉(zhuǎn)的部件稱為轉(zhuǎn)輪。

沖擊式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪受到噴射水流的沖擊而旋轉(zhuǎn)，工作過程中水流的壓力不變，主要是動(dòng)能的轉(zhuǎn)換，在同一時(shí)刻內(nèi)，水流只沖擊著轉(zhuǎn)輪的一部分，而不是全部。圖1是沖擊式水輪機(jī)水流向示意圖。

沖擊式水輪機(jī)按水流的流向可分為切擊式（又稱水斗式）、斜擊式、雙擊式三類，在后面章節(jié)會(huì)介紹常用的切擊式與斜擊式水輪機(jī)。

與沖擊式水輪機(jī)不同，反擊式水輪機(jī)同時(shí)利用了水流的勢(shì)能與動(dòng)能，水流充滿整個(gè)轉(zhuǎn)輪的空間，在轉(zhuǎn)輪葉片約束下改變流速與方向，從而對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生反作用力，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。通過水輪機(jī)水流的大部分動(dòng)能與勢(shì)能都轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。反擊式水輪機(jī)可分為混流式、軸流式、斜流式和貫流式。

軸流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪如同風(fēng)扇葉片，工作原理與常見的風(fēng)力機(jī)相似。水流從水輪機(jī)四周水平方向向中心流入（徑向進(jìn)入），然后轉(zhuǎn)為向下方向推動(dòng)轉(zhuǎn)輪葉片做功，由于推動(dòng)轉(zhuǎn)輪葉片的水流方向與轉(zhuǎn)輪軸方向平行，故稱為軸流式水輪機(jī)。圖2是軸流式水輪機(jī)水流走向示意圖

混流式水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪看起來較復(fù)雜，水流從水輪機(jī)四周水平方向向中心流入轉(zhuǎn)輪（徑向進(jìn)入），然后轉(zhuǎn)為向下方向出口，水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪內(nèi)在向軸芯方向通過葉片時(shí)推動(dòng)轉(zhuǎn)輪，同時(shí)在向下通過葉片時(shí)也推動(dòng)轉(zhuǎn)輪。也就是說水流在徑向與軸向通過葉片時(shí)都做功。故稱為混流式水輪機(jī)，也稱為幅向軸流式水輪機(jī)。圖3是混流式水輪機(jī)水流走向示意圖。

斜流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪有點(diǎn)像軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，只不過通過葉片的水流是傾斜于軸向，是軸流式水輪機(jī)的變種，其水流能量損失小，通過調(diào)節(jié)葉片角度可適應(yīng)較大的水頭范圍。斜流式水輪機(jī)由于制造工藝復(fù)雜、造價(jià)高，目前使用還較少。圖4是斜流式水輪機(jī)水流走向示意圖。

貫流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與軸流式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪基本相同，但轉(zhuǎn)軸是水平方向或略有傾斜，水流是沿水輪機(jī)軸線方向進(jìn)入，沿水輪機(jī)軸線方向流出。圖5是貫流式水輪機(jī)水流走向示意圖。

可逆式水輪機(jī)也叫水泵水輪機(jī)，是一種既可以作水輪機(jī)使用又可以作水泵使用的水力機(jī)械。理論上講，混流式水輪機(jī)、軸流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)都可以實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)際上要經(jīng)過專門設(shè)計(jì)才能在兩種運(yùn)行狀態(tài)下高效運(yùn)行。

在后面章節(jié)里會(huì)介紹混流式水輪機(jī)、軸流式水輪機(jī)、貫流式水輪機(jī)、斜流式水輪機(jī)、水泵水輪機(jī)。

當(dāng)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，高速流動(dòng)的水會(huì)使局部壓力降低，甚至水會(huì)脫離葉片表面，這就使水汽化，產(chǎn)生汽泡，汽泡會(huì)擴(kuò)大，破滅，汽泡破裂會(huì)產(chǎn)生很大的能量，造成水流對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片的沖擊、震蕩，這就是水輪機(jī)的空化現(xiàn)象。空化對(duì)流過的表面產(chǎn)生各種物理與化學(xué)作用，對(duì)水輪機(jī)造成破壞，也就是空蝕；同時(shí)空化會(huì)使水輪機(jī)的效率降低。解決空化的主要方法就是把水輪機(jī)安裝在出水口的水位以下，越低越好，讓水輪機(jī)工作在較大的水壓下，就不易發(fā)生空化現(xiàn)象。把水輪機(jī)低于下游水面的垂直高度稱為吸出高度（也稱為淹沒深度），有關(guān)空化、空蝕、吸出高度的詳細(xì)介紹請(qǐng)找有關(guān)水輪機(jī)的書籍或資料。